主泵转速机架光耦元件替代后抗震鉴定技术评估
韩顺+李晓峰+宋端阳
【摘 要】大亚湾、岭澳一期、红沿河、宁德、阳江核电厂反应堆冷却剂泵转速机架光耦元件因失效替换为子卡组件，论文对该变更对主机（主泵转速机架）抗震性能的影响进行了技术评估，进一步梳理总结了电仪类电路板备件元器件变更抗震鉴定技术评估的方法。
【Abstract】The reactor coolant pump speed frame photocoupling element is replaced by the sub-card component due to failure in Daya Bay， Lingao Phase I， Hongyanhe， Ningde， Yangjiang Nuclear Power Plant. The paper made an technical evaluation of the influence of the change on the seismic performance of the main engine （main pump speed frame）， then， further summarizes the instrument type of circuit board spare components change method of seismic evaluation identification technology.
【关键词】主泵转速机架；电路板；元器件；抗震鉴定
【Keywords】 main pump speed frame； circuit board； components； seismic evaluation
【中图分类号】TU746 【文献标志码】B 【文章编号】1673-1069（2017）12-0162-02
1 背景
大亚湾、岭澳一期、红沿河、宁德、阳江核电厂主泵转速机架由AREVA NP供货，原制造厂法国Ansaldo，参考号为：6523883-00。该备件安全分级1E，鉴定等级K3。
该型机架用于主泵转速的测量，单台机组使用3台主泵转速机架。如机架故障，可能触发主泵转速低或低信号的三取二信号，叠加P7信号（核功率大于10%）将导致降负荷到厂用电或停堆。同时主泵转速机架输出电流信号参与反应堆超温超功和相关RPN保护定值的计算。
自2012年以来，上述各电厂主泵转速机架均多次出现共模故障。
岭澳一期2012年9月到2014年1月，先后出现L2RCP-003-PO、L2RCP-001-PO（两次更换机架）、L2RCP-001-PO转速机架故障。检测4个库存备件，发现其中两个备件有共模光耦问题。
N1RCP-003-PO、N2RCP-001/002-PO、N3RCP-002-PO出现转速机架故障并做了更换处理。2015年5月4日N3RCP003PO短时转速为0，出现初步判断转速机架故障。
H2RCP-002-PO、H3RCP-002-PO出现转速机架故障，其中002PO两次更换机架。
Y1/Y2/Y3主泵转速多次发生故障，先后15次更换转速机架。
基于上述各电厂出现的故障信息，最终分析定位失效原因为：批次光耦元件老化降质失效导致机架共模故障。
考虑光耦元件的老化失效，且该型（型号74LO6000）光耦元件已停产淘汰，原制造厂Ansaldo提出用光耦子卡组件等效替换失效光耦元件，其他设计不做变更。
2 鉴定一致性评估
2.1 主泵转速机架鉴定要求
按照各电厂系统、设备及部件分级程序，以及主泵转速机架的功能分析，其需满足RCC-E（核岛电气设备设计和建造规则）的K3鉴定要求。K3鉴定程序的目的是保证安装在安全壳外的设备能够在正常环境条件下和地震荷载下以及在对某些设备规定的事故环境条件下完成其规定的功能；主泵转速机架仅要求在正常环境条件下和地震荷载下完成其规定的功能。
上述功能通过执行一个特定鉴定大纲来证明：
——按照RCC-E B 3000规定的标准鉴定程序，该程序证明设备能够在正常环境条件下完成其规定的功能；（包括：基准试验；极限运行条件下的试验；耐久性试验和/或评价设备性能随时间变化的试验。）
——按照RCC-E B 4200规定的抗地震试验程序，该程序包括施加代表相应地震荷载的应力，证明设备仍能完成其规定的功能。
2.2 前后机架差异对比
厂家仅使用子卡组件替换原光耦元件。该变更项的变更主体为子卡组件，安装方式为焊接在机架内部PCB电路板上，属安装在PCB电路板上的电气元件。变更前后对比如下：
2.3 鉴定一致性评估
根据RCC-E B1430变更对于机架的功能及结构无实质影响，子卡组件替换原光耦元件为“次要变更”，不要求供应商（制造厂）提供“对于鉴定的预计后果”。
结合RCC-E B4200对K3鉴定试验的要求，该评估结论同时通过以下分析得以支撑。
2.3.1 基准试验、极限运行动态特性试验、老化试验
新机架样机已通过厂家功能特性测试及接口的电气特性试验（介电强度试验、绝缘电阻测量等）。
根据RCC-E B3000，岭澳一期机架的基准试验、极限运行动态特性试验及老化试验的有效鉴定试验结果，适用于更换光耦元件后机架。
2.3.2 抗地震試验
原光耦元件焊接固定于主泵转速机架的电路板，单一光耦元件质量约为数十克，主泵转速机架整体质量约为6.25kg；替换后的子卡组件单一质量较原光耦元件重数十克，固定方式仍为焊接。
参考EPRI报告“电路板元件替换的通用抗震技术评估”（G-STERI Number： E-95002），对子卡组件替换原光耦元件的主泵转速机架进行如下抗震性能的评估：
①对主机的动态影响的评估。子卡组件作为刚性电气组件，相比于电路板其质量非常小。该组件焊接固定在电路板，对于电路板的质量及偏心度的影响可以忽略不计。因此，其对主机（主板转速机架）的动态影响可忽略，同时对主机其他部分的负载无显著影响。
②安装评估。子卡组件质量低，通过焊接方式有效固定在主机上。经验数据和实验表明，该安装方式符合制造标准，故可认为该子卡组件有足够的抗震性能。
③功能要求评估。子卡组件作为固态元件，其不存在潜在的操作敏感性特征。在确保其稳固性及完整性的前提下，其功能可以保证。
④状态改变评估。该子卡组件结构上无移动部件，且不承担机械或结构功能（除了支持自身的质量）。故该组件不存在状态改变并对主机的安全功能造成影响。
⑤地震影响评价。该子卡组件不执行结构件或支撑件功能，且只支持其自身质量，故对主机无地震影响。
综上，该子卡组件对主机的抗震不敏感，即不影响主机的抗震性能。故参考岭澳一期机架的抗震试验结果，更换光耦元件后机架满足电厂抗震需求。
3 鉴定一致性评估结论
子卡组件替换原光耦元件后的主泵转速机架仍满足1E/K3的鉴定要求。
4 电仪备件电路板元器件更换后抗震鉴定性能评估流程总结
论文仅针对电路板（印刷电路板）上安装的电气元件的变更进行评价，包括：电阻、二极管、整流二极管、压敏电阻、集成电路等。这些变更主体具有低质量和小尺寸（相对于主机或电路板），且在一般情况下，这些变更主体应以与原始物项相同的安装方式进行安装。
以下变更主体不能用以下流程进行其抗震性能的评估，包括：电容器、较大的变更主体、电线和连接器、微型继电器、电位器、开关、变压器等。另外，重大设计变更（例如，重新设计和/或新的制造工艺）应特别评估，以确定是否仍可满足相应的抗震性能。
电仪备件电路板元器件更换后抗震鉴定性能评估流程简图如下：
【摘 要】大亚湾、岭澳一期、红沿河、宁德、阳江核电厂反应堆冷却剂泵转速机架光耦元件因失效替换为子卡组件，论文对该变更对主机（主泵转速机架）抗震性能的影响进行了技术评估，进一步梳理总结了电仪类电路板备件元器件变更抗震鉴定技术评估的方法。
【Abstract】The reactor coolant pump speed frame photocoupling element is replaced by the sub-card component due to failure in Daya Bay， Lingao Phase I， Hongyanhe， Ningde， Yangjiang Nuclear Power Plant. The paper made an technical evaluation of the influence of the change on the seismic performance of the main engine （main pump speed frame）， then， further summarizes the instrument type of circuit board spare components change method of seismic evaluation identification technology.
【关键词】主泵转速机架；电路板；元器件；抗震鉴定
【Keywords】 main pump speed frame； circuit board； components； seismic evaluation
【中图分类号】TU746 【文献标志码】B 【文章编号】1673-1069（2017）12-0162-02
1 背景
大亚湾、岭澳一期、红沿河、宁德、阳江核电厂主泵转速机架由AREVA NP供货，原制造厂法国Ansaldo，参考号为：6523883-00。该备件安全分级1E，鉴定等级K3。
该型机架用于主泵转速的测量，单台机组使用3台主泵转速机架。如机架故障，可能触发主泵转速低或低信号的三取二信号，叠加P7信号（核功率大于10%）将导致降负荷到厂用电或停堆。同时主泵转速机架输出电流信号参与反应堆超温超功和相关RPN保护定值的计算。
自2012年以来，上述各电厂主泵转速机架均多次出现共模故障。
岭澳一期2012年9月到2014年1月，先后出现L2RCP-003-PO、L2RCP-001-PO（两次更换机架）、L2RCP-001-PO转速机架故障。检测4个库存备件，发现其中两个备件有共模光耦问题。
N1RCP-003-PO、N2RCP-001/002-PO、N3RCP-002-PO出现转速机架故障并做了更换处理。2015年5月4日N3RCP003PO短时转速为0，出现初步判断转速机架故障。
H2RCP-002-PO、H3RCP-002-PO出现转速机架故障，其中002PO两次更换机架。
Y1/Y2/Y3主泵转速多次发生故障，先后15次更换转速机架。
基于上述各电厂出现的故障信息，最终分析定位失效原因为：批次光耦元件老化降质失效导致机架共模故障。
考虑光耦元件的老化失效，且该型（型号74LO6000）光耦元件已停产淘汰，原制造厂Ansaldo提出用光耦子卡组件等效替换失效光耦元件，其他设计不做变更。
2 鉴定一致性评估
2.1 主泵转速机架鉴定要求
按照各电厂系统、设备及部件分级程序，以及主泵转速机架的功能分析，其需满足RCC-E（核岛电气设备设计和建造规则）的K3鉴定要求。K3鉴定程序的目的是保证安装在安全壳外的设备能够在正常环境条件下和地震荷载下以及在对某些设备规定的事故环境条件下完成其规定的功能；主泵转速机架仅要求在正常环境条件下和地震荷载下完成其规定的功能。
上述功能通过执行一个特定鉴定大纲来证明：
——按照RCC-E B 3000规定的标准鉴定程序，该程序证明设备能够在正常环境条件下完成其规定的功能；（包括：基准试验；极限运行条件下的试验；耐久性试验和/或评价设备性能随时间变化的试验。）
——按照RCC-E B 4200规定的抗地震试验程序，该程序包括施加代表相应地震荷载的应力，证明设备仍能完成其规定的功能。
2.2 前后机架差异对比
厂家仅使用子卡组件替换原光耦元件。该变更项的变更主体为子卡组件，安装方式为焊接在机架内部PCB电路板上，属安装在PCB电路板上的电气元件。变更前后对比如下：
2.3 鉴定一致性评估
根据RCC-E B1430变更对于机架的功能及结构无实质影响，子卡组件替换原光耦元件为“次要变更”，不要求供应商（制造厂）提供“对于鉴定的预计后果”。
结合RCC-E B4200对K3鉴定试验的要求，该评估结论同时通过以下分析得以支撑。
2.3.1 基准试验、极限运行动态特性试验、老化试验
新机架样机已通过厂家功能特性测试及接口的电气特性试验（介电强度试验、绝缘电阻测量等）。
根据RCC-E B3000，岭澳一期机架的基准试验、极限运行动态特性试验及老化试验的有效鉴定试验结果，适用于更换光耦元件后机架。
2.3.2 抗地震試验
原光耦元件焊接固定于主泵转速机架的电路板，单一光耦元件质量约为数十克，主泵转速机架整体质量约为6.25kg；替换后的子卡组件单一质量较原光耦元件重数十克，固定方式仍为焊接。
参考EPRI报告“电路板元件替换的通用抗震技术评估”（G-STERI Number： E-95002），对子卡组件替换原光耦元件的主泵转速机架进行如下抗震性能的评估：
①对主机的动态影响的评估。子卡组件作为刚性电气组件，相比于电路板其质量非常小。该组件焊接固定在电路板，对于电路板的质量及偏心度的影响可以忽略不计。因此，其对主机（主板转速机架）的动态影响可忽略，同时对主机其他部分的负载无显著影响。
②安装评估。子卡组件质量低，通过焊接方式有效固定在主机上。经验数据和实验表明，该安装方式符合制造标准，故可认为该子卡组件有足够的抗震性能。
③功能要求评估。子卡组件作为固态元件，其不存在潜在的操作敏感性特征。在确保其稳固性及完整性的前提下，其功能可以保证。
④状态改变评估。该子卡组件结构上无移动部件，且不承担机械或结构功能（除了支持自身的质量）。故该组件不存在状态改变并对主机的安全功能造成影响。
⑤地震影响评价。该子卡组件不执行结构件或支撑件功能，且只支持其自身质量，故对主机无地震影响。
综上，该子卡组件对主机的抗震不敏感，即不影响主机的抗震性能。故参考岭澳一期机架的抗震试验结果，更换光耦元件后机架满足电厂抗震需求。
3 鉴定一致性评估结论
子卡组件替换原光耦元件后的主泵转速机架仍满足1E/K3的鉴定要求。
4 电仪备件电路板元器件更换后抗震鉴定性能评估流程总结
论文仅针对电路板（印刷电路板）上安装的电气元件的变更进行评价，包括：电阻、二极管、整流二极管、压敏电阻、集成电路等。这些变更主体具有低质量和小尺寸（相对于主机或电路板），且在一般情况下，这些变更主体应以与原始物项相同的安装方式进行安装。
以下变更主体不能用以下流程进行其抗震性能的评估，包括：电容器、较大的变更主体、电线和连接器、微型继电器、电位器、开关、变压器等。另外，重大设计变更（例如，重新设计和/或新的制造工艺）应特别评估，以确定是否仍可满足相应的抗震性能。
电仪备件电路板元器件更换后抗震鉴定性能评估流程简图如下：
